【文章內容簡介】 計算多功能醫(yī)用護理床的各個機構，在滿足機構設計要求的條件下，采用AUTOCAD軟件輔助得到滿足機構運動要求的初始機構各桿件尺寸。 側翻機構側翻機構是多功能醫(yī)用護理床中的一個關鍵機構，其主要的功能是實現(xiàn)患者在護理床上的左右翻身，避免因患者背部長期接觸被褥而產(chǎn)生褥瘡，同時減輕護理人員的護理強度。 側翻機構的結構和工作原理多功能醫(yī)用護理床的側翻機構采用兩個對稱的四桿機構，由兩個直線驅動器驅動。通過電氣控制，實現(xiàn)護理床的左右側翻功能。簡圖如圖31所示。 左側翻示意圖 右側翻示意圖圖31 側翻機構多功能醫(yī)用護理床的側翻機構由線性推桿、側翻連桿、側翻滾子、兩側床板以及部分床架組成。線性推桿一端鉸接于床架上，另一端鉸接于側翻構件上，側翻構件的一端鉸接于床架上，另一端通過滾子與床側板連接，床側板通過螺栓與中部床板鉸接，中部床板通過固定器將中部床板固定于床架上，使之充當機架作用，線性推桿的推動使得側翻構件繞著床架發(fā)生轉動，通過滾子的作用，使得背部側板繞著它與中部床板的鉸接點為轉軸發(fā)生轉動。 側翻機構的設計（圖解法）側翻機構由左右兩個四桿機構組成，兩個機構承對稱，因此設計其中之一即可。通過查閱手冊人體的肩寬大約為330~415mm，因此床的中間段板要盡可能的窄，使患者能實現(xiàn)翻身這一動作。在此設計中背板中部設為180mm；兩側板設為320mm；床板的厚度設為35mm；支承滾子的直徑設為20mm，床的高度根據(jù)普通床的高度做調整，過高不方便患者上下床，過低影響安裝空間。線性推桿的底部安裝點到床板轉軸距離根據(jù)機構的始末位置把電機的行程范圍定為115mm。利用AUTOCAD的旋轉功能，將一側床板翻轉75176。，利用偏移指令，找到側翻構件翻轉后的位置，再次旋轉得到電機前端的安裝點，這樣就可以得到了側翻機構在水平狀態(tài)時的機構的各點的參數(shù)，根據(jù)設計要求側翻的翻轉最大角度為75176。，所以將背板旋轉75176。之后，又得到了一個新的機構的位置，通過觀察發(fā)現(xiàn)，機構在終了位置時，桿件并沒有發(fā)生碰撞干涉，符合機構的運動要求，測量線性推桿在終了位置時的伸長長度，推桿在許用選用范圍之內，滿足了推桿的選用行程，至此側翻機構的圖解法設計結束，各點的安裝位置及初步設計尺寸如圖32所示。圖32 側翻機構初始設計尺寸圖 抬背機構抬背機構是多功能醫(yī)用護理床上的一個關鍵機構，其主要的功能實現(xiàn)患者在護理床上的抬背及端坐功能。 抬背機構的結構和工作原理多功能醫(yī)用護理床的臺北機構類似于側翻機構，由線性推桿、抬背連桿、抬背滾子、背板以及部分床架組成。線性推桿一端鉸接于床架上，另一端鉸接于抬背構件上，抬背構件的一端鉸接于床架上，另一端通過滾子與背板連接，中部床板焊接固定于床架上，使之充當機架作用，線性推桿的推動使得抬背構件繞著床架發(fā)生轉動，通過滾子的作用，使得背板繞著它與中部床板的鉸接點為轉軸發(fā)生轉動。簡圖如圖33所示。圖33 抬背機構 抬背機構的設計（圖解法）多功能醫(yī)用護理床的抬背機構采用一個四桿機構，用單個線性推桿驅動。查閱手冊得人體的坐高大約為800mm左右，所以本機構中背板的長度為860mm，滾子的直徑為20mm，與側翻機構相似，圖解法設計，設臀部床板的長度為400mm，線性推桿的行程范圍得出水平距離為608mm，由此得出線性推桿的初始安裝長度，這樣得到了初始狀態(tài)下的抬背機構的尺寸，但由于機構需要滿足運動要求，根據(jù)設計要求，將背板向上翻轉75176。之后，利用偏移命令，找到轉動擺桿的所在位置，得出線性推桿的終了安裝位置，這樣就可以得到線性推桿的行程，其行程為190mm，此行程正好滿足了線性推桿的選用范圍，可以直接采用廠家提供的線性推桿。初步設計完成之后的尺寸圖如圖34所示，各點安裝位置也如圖所示。圖34 抬背機構初始設計尺寸圖 曲腿機構曲腿機構是醫(yī)用護理床上的一個關鍵機構，主要實現(xiàn)腿部床板的向下彎曲。在向下彎曲的時候，腳板必須處于水平位置。 曲腿機構的結構和工作原理多功能醫(yī)用護理床的曲腿機構是一個五桿機構，由單線性推桿驅動，實現(xiàn)曲腿的動作。簡圖如圖35所示。圖35 曲腿機構多功能醫(yī)用護理床的曲腿機構包括：線性推桿、曲腿連桿Ⅰ、曲腿連桿Ⅱ、腿部床板和部分床架。線性推桿一端鉸接于床架上，另一端鉸接于曲腿連桿Ⅰ上，曲腿連桿Ⅰ又和曲腿連桿Ⅱ相鉸接，曲腿連桿Ⅱ再和腿部床板鉸接；曲腿連桿Ⅰ和腿部床板通過不同的鉸接分別固定于床架上，線性推桿的推動使得曲腿構件繞著床架發(fā)生轉動，通過曲腿連桿Ⅱ與腿部床板相鉸接，使得腿部床板繞著它與中部床板的鉸接點為轉軸發(fā)生轉動。 曲腿機構的設計（圖解法）多功能醫(yī)用護理床的曲腿機構采用一個五桿機構，設大腿板的長度為445mm，線性推桿的行程范圍得出水平距離為380mm，由此得出線性推桿的初始安裝長度，這樣得到了初始狀態(tài)下的曲腿機構的尺寸，但由于機構需要滿足運動要求，根據(jù)設計要求，機構做拉動，將腿板向下翻轉45176。之后，利用偏移命令，找到轉動連桿的所在位置，得出線性推桿的終了安裝位置，這樣就可以得到線性推桿的行程，其行程為101mm，此行程正好滿足了線性推桿的選用范圍，可以直接采用廠家提供的線性推桿。初步設計完成之后的尺寸圖如圖36所示，各點安裝位置也如圖所示。圖36 曲腿機構初始設計尺寸圖在大腿板和腳板的連接處添加兩處支撐滾子，在曲腿沒有或初進行時，滾子起支撐腳板的作用。在床架下框架再添加兩處支撐滾子。當曲腿運動進行時，腳板碰到床下框架的滾子，使得小腿板彎曲變?yōu)榻咏轿恢茫鸬街文_的作用。而腿板與腳板連接處的滾子由于曲腿動作失去支撐作用。通過圖解法的方法得到了護理床的初始設計數(shù)據(jù)，這些是對護理床進行建模的基礎，根據(jù)上述初始設計數(shù)據(jù)，通過soliderworks軟件對其進行建模，Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks 功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。得到的模型如圖37所示。圖37(a) 護理床床架三維模型圖37(b) 護理床側翻（左）連桿三維模型圖37(c) 護理床抬背連桿三維模型圖37(d) 護理床曲腿連桿三維模型圖37(e) 多功能醫(yī)用護理床三維模型1圖37(f) 多功能醫(yī)用護理床三維模型2 本章小結本章通過對多功能醫(yī)用護理床的各個機構經(jīng)過論證討論，初步確定了各個機構的方案，并用圖解法的方法，得到了各個機構的初始設計參數(shù)，為下一步進行運動學、動力學優(yōu)化打下了基礎。4 護理床運動學優(yōu)化 引言運動學是理論力學的一個分支學科，它是運用幾何學的方法來研究物體的運動，通常不考慮力和質量等因素的影響。至于物體的運動和力的關系，則是動力學的研究課題。運動學主要研究點和剛體的運動規(guī)律。點是指沒有大小和質量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點。剛體是沒有質量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運動學包括點的運動學和剛體運動學兩部分。掌握了這兩類運動，才可能進一步研究變形體(彈性體、流體等)的運動。在變形體研究中，須把物體中微團的剛性位移和應變分開。點的運動學研究點的運動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運動學還要研究剛體本身的轉動過程、角速度、角加速度等更復雜些的運動特征。剛體運動按運動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉動、剛體平面運動、剛體定點轉動和剛體一般運動。多功能醫(yī)用護理床的運動學分析，主要是為了進一步確定各機構的桿件尺寸，在滿足各機構運動要求的前提下，保證在運動的時候各機構之間不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，同時多功能醫(yī)用護理床的運動學分析也時為了在滿足機構運動的條件下，使機構在運行的過程中達到機構運動的優(yōu)良的運動學狀態(tài)，得到優(yōu)化后的設計數(shù)據(jù)及桿件尺寸數(shù)據(jù)。多功能醫(yī)用護理床的運動學分析基于ADAMS機械分析軟件。ADAMS是全球運用最為廣泛的機械系統(tǒng)仿真軟件，用戶可以利用ADAMS在計算機上建立和測試虛擬樣機，實現(xiàn)事實再現(xiàn)仿真，了解復雜機械系統(tǒng)設計的運動性能。多功能醫(yī)用護理床的側翻機構運動學分析，是以側翻背板的角加速度的最大值最小化為目標函數(shù)，建立運動學方程，基于ADAMS機械分析軟件，得到滿足機構要求的機構參數(shù)。側翻機構的左右兩部分相同，只研究右半部分的側翻機構。圖41 側翻機構關鍵點簡圖過O點建立坐標系，以水平方向為X方向，以豎直方向為Y方向。表41 坐標系中各點位置坐標點X坐標/mmY坐標/mmO00AX1Y1BX2Y2CX3Y3DX4Y4把所有零部件視為剛體，OA為線性推桿，其長度可以變化，最短長度為348mm。側翻所轉過的角度與各個點的坐標有關。 側翻機構在ADAMS中的建模當機構的各個關鍵的位置確立好之后，機構就能運行。因此只要合理的選取各個機構點的位置，就能實現(xiàn)醫(yī)療床的側翻功能。在機構的初始位置沒有要求的情況下，應該選擇一個方便于建模的位置，在進行ADAMS分析時，此位置就是機構的初始位 置。由于醫(yī)療床側翻機構的模型比較簡單，利用ADAMS自身提供的建模工具，就可以建立側翻機構的模型。使用ADAMS view提供的參數(shù)化的方法可以方便的建立參數(shù)化的樣機模型。利用該樣機模型可以進行動力學及運動學仿真，通過其自身提供的后處理功能，可以將所得的數(shù)據(jù)繪制成數(shù)據(jù)曲線圖，并可以對曲線進行數(shù)學操作。ADAMS還以可通過自身所具有的模塊對機構進行優(yōu)化，得到理想的機構模型。